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储能这个大问题要如何解决

国家近年来大力发展新能源,但新能源间歇性和波动性的因素无法消除,加上部分电网建设问题,从国家能源局发布的报告来看,仍然存在少量弃光、弃水和弃风的电量浪费现象。尽管平均弃电率已经从过去的10%以上缩小至在1%~5%之间,在全国庞大的用电量下,依然是一个不容小觑的数字。

为了进一步改善能源电力系统调节能力,解决利用不足的现象,我国也开始大力推动新型储能发展,不仅是电源侧,还有电网与用户侧的新型储能。借着材料科学的东风,储能电池这种电化学储能方式迅速崛起,不少省市都在加强储能电池产品的布局,比如铅蓄电池、锂离子电池、液流电池等。

储能有术

与动力电池相比,储能电池更注重高安全、低成本、高可靠与长寿命,尤其是在长寿命上。比如新能源汽车的动力电池循环寿命大概在5到10年之间,而电网等项目所用到的储能电池则需要10年以上的循环寿命。而动力电池追求的是高能量密度和小体积,这些就是储能电池的弱项。

而在储能电池中,也有液流电池与锂离子电池等不同的路线。液流电池将电解质置于外部容器,而锂离子电池的能量来自于电池内部。因此液流电池储能系统扩容更方便,成本也更低,只需要扩大容器即可。在紧急供电的情况下,液流电池也可以直接通过更换电解液的方式来解决问题。

最重要的自然还是安全问题,由于储能电池往往采用集装箱式的存储方式,如果出现动力电池那样频繁的起火等情况,后果不堪设想。今年7月,特斯拉在澳大利亚建的Megapack锂离子储能电池组就发生了起火现象,火势难以控制,花了150个消防员4天时间才扑灭。

液流电池

液流电池根据电解质的不同,也分为全钒液流电池、锌溴液流电池等不同类型。全钒液流电池具备了高安全性的特性,且循环寿命远高于锂离子电池。然而全钒液流电池的缺点在于它的成本较高,尽管近期钒的原材料价格有所下跌,但其电解液依然是整个电池中成本最大的一环。不少相关技术的开发都在从成本下手,以求推动全钒液流电池的商业落地。

除了全钒液流电池之外,近期全铁液流电池也登上了热点,焦点来源于美国一家制造全铁液流电池的公司ESS。该公司曾获得比尔盖茨牵头创立的突破能源基金、软银子公司SB能源的投资,并于近日登陆纽交所。

ESS还做了一个全铁液流电池与储能锂离子电池的对比,传统的储能锂离子电池使用方式为充电4小时,放电4小时,接着一天中的16小时都处于闲置状态。这么做的原因很简单,那就是在使用中锂离子电池的性能会逐渐退化,致使电量减少,危及储能系统的稳定性。

而全铁液流电池主打的就是长时间运转,其最长时间可达12个小时。ESS甚至还和慕尼黑再保险公司为其电池提供了保险,无论规模大小和地点,都能提供10年的性能保证。安全性上,全铁液流电池无燃烧和爆炸风险,而且可以做到-10℃~60℃的工作环境温度,甚至不需要HVAC散热,对于一些高气温、阳光直射的地区来说尤为适用。

在采用了铁、盐和水作为电解质后,ESS的全铁液流电池可以说是一种清洁与低成本的储能方案。因为全铁液流电池并不会用到钒和锂这样的稀土矿物,所以在原材料提取和生产工序中产生的环境污染更少。

也正因如此,在目前材料供应链紧缩的情况下,全铁液流电池在成本上更可控。根据ESS的说法,全铁液流电池的投资成本与锂离子电池相近,但拥有成本与其他竞品技术相比要低上40%。

小结

储能电池的存在为电力系统提供了容量支撑,也为当前出现缺口的电力调峰提供了助力,确保光伏等新能源的高效消纳。除了电源与电网侧的储能外,国家也在推动用户侧的储能,针对这种分散式的储能,安全、长时间使用与维护更加重要。在储能系统的建设中,尚未出现全场景通用的电池方案。再者,如果没有一个灵活调控的电力系统和完善的市场用电机制,在双控下再完美的储能方案,也难以解决缺电问题。

责任编辑:haq

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